Аналого-цифровой преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1111 6ОО 729

Свите Соввтокин

Социалистичесиин

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.06.76 (21) 2365960/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 18.04.78 (51) М. Кл. - Н ОЗК 13/20

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений н открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Авторы изобретения

Б. Г. Коноплев и М. Ф. Пономарев

Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д, Калмыкова (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области радиоэлектроники, импульсной технике, а именно к микроэлектронным преобразователям аналог— код, применяемым в вычислительной и измерительной технике.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) информации, построенный по схеме поразрядного кодирования, состоящий из собственно преобразователя аналог — код, схемы сравнения и схемы управления (1).

Недостатком известного АЦП является сложность схемы и трудность выполнения полупроводниковой микросхемы.

Известен АЦП, построенный по схеме считывания, содержащий компараторы и датчик опорного (эталонного) напряжения (тока) (2).

Недостатком при технической реализации известного АЦП этого типа является сложность его создания в полупроводниковом кристалле методами микроэлектроники и большая потребляемая мощность, что затрудняет создание АЦП в составе больших интегральных схем.

Цель изобретения — упрощение устройства, улучшение его технологичности в микроэлектронном изготовлении, снижение потребляемой мощности, увеличение степени интеграции схемы и быстродействия и обеспечение различных пороговых токов компараторов, Поставленная цель достигается тем, что в

АЦП, содержащий источник опорного тока, соединенный с компараторами, введены входной многоколлскторный транзистор и многоколлекторный транзистор в цепи опорного тока, а ко»IIapa opbI выполнены на триггерах с нспосредственными связями, причем эмиттер входного многоколлекторного транзистора соединен с клеммой источника входного аналоГОВОГО сигнала, каждый из коллекторов этого транзистора соединен с базой первого транзистора триггера с непосредственными связями соответствующего разряда преобразователя, с базой второго транзистора триггера с непо1 средственными связями каждого разряда соединены соответствующие коллекторы многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока, эмиттер которого соединен с клеммой источника OIIoplIÎÃÎ тока, а базы обоих мнОГОколлекторны.; транзисторов и эмиттеры транзисторов триггероь с непосредственными связямп соединены с общей шиной; прп изготовлении АЦП в составе полупроводниковой микросхемы коллекторные полупроводниковые об25 ласти входного многоколлекторного транзистора конструктивно совмещены с соответствующими базовыми областями транзисторов триггеров с непосредственными связями, коллекторные области многоколлекторного тран30 зистора в цеп1: опорного тока также совмеще60ОИЕ

3 ны с соответствующими базовыми областями вторых транзисторов триггеров с непосредственными связями, а эмиттерные области транзисторов триггеров с непосредственными связями конструктивно совмещены с базовыми областями обоих многоколлекторных транзисторов; соответствующие участки эмиттерной области многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока выполнены с различными геометрическими размерами для разных компараторов преобразователя, На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема АЦП; на фиг. 2 — топология АЦП; на фиг. 3 — разрез по А †на фиг. 2.

АЦП состоит (см. фиг. 1) из входного многоколлекторного транзистора 1, эмиттер которого соединен с источником входного аналогового сигнала, т триггеров 2 компараторов для т-разрядного преобразователя (триггера на транзисторах с непосредственными связями), опорного многоколлекторного транзистора 3, эмиттер которого соединен с клеммой 4 источника опорного тока, и клеммы 5 входного сигнала. Выходной сигнал в цифровом коде снимается с коллекторов триггеров компараторов разрядов АЦП.

11ри отсутствии входного тока аналогового сигнала левые по схсме на фиг. 1 транзисторы триггеров 2 насыщены, так как в их базы задается ток от транзистора 3, в эмиттер которого задается опорный ток. 11оэтому при нулевом сигнале на входе АЦП на выходах получаем код 0...,.О.

При подаче тока аналогового сигнала в эмиттср транзистора 1 через его коллекторы в базы правых по схеме на фиг. 1 транзисторов триггеров 2 задается ток, величина которого пропорциональна входному току. Анализ, проведенный с использованием модифицированной модели Збсрса — Молла, показывает, что при сравнении токов баз транзисторов триггера и превышении тока базы, например, левого транзистора триггера 2 током базы правого транзистора происходит переключение триггера 2, в результате чего леьый транзистор выключается, а правый — включается.

На выходе разряда можно фиксировать напряжение логической единицы (o»o близко к напряжению на прямосмещенном р — n-переходе: для кремния 600 — 800 мВ).

Из анализа следует, что переключение компаратора происходит при условии ,э " а Р +on а,(аот, eXP — а, l»„eXP т т т где a>v — приведенный к одному коллектору нормальный коэффициент передачи тока транзисторов 1 и 2; 1ао, — начальный ток эмиттера транзисторов 1, 2; V,— напряжение на эмиттерном переходе транзистора 1 (аналоговый сигнал); Vp — напряжение на эмиттерном переходе опорного транзистора.

Транзистор 1 выполняется с одинаковыми коэффициентами передачи тока ко всем кол4 лекторам (см, фиг, 2), и, следовательно, в ба. зы правых транзисторов по схеме на фиг. 1 триггеров задаются равные токи, величина которых пропорциональна входному току.

Транзистор 3 выполнен так, что в левые транзисторы триггеров задается опорный ток различной величины для триггеров разных разрядов ALlll. Поэтому при подаче входного сигнала происходит последовательное сравнение и переключение компараторов от разряда с меньшим опорным током до разряда с большим опорным током. При увеличении входного тока на выходе АЦП получим последовательно коды:

G0......00

111..... 00 т разрядов

111..... 11

Зксперимент показал хорошие пороговые свойства АЦП: гистерсзис используемых компараторов незначителен.

Из схемы на фиг. 2 ясно, что АЦП предназначен для выполнения в составе интегральных схем с инжекционным питанием. Известно, что структуры с инжекционным питанием имеют минимальное произведение потребляемой мощности на время переключения, обеспечивают высокую cI.I.IIeIIr интеграции элементов на кристалле (сравнимую с МОП ИС).

Изготовить компаратор можно по технологии биполярных ИС без формирования изолированных областей, проводя только две диффузии примесей в полупроводниковую подложку.

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного тока, соединенный с компараторами, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, улучшения его технологичности и снижения потребляемой мощности, в него введены входной многоколлекторный транзистор и многоколлекторный транзистор в цепи опорного тока, а компараторы выполнены на триггерах с непосредственными связями, причем эмиттер входного многоколлекторпого транзистора соединен с клеммой источника входного аналогового сигнала, каждый из коллекторов этого транзистора соединен с базой первого транзистора триггера с непосредственными связями соответствующего разряда преобразователя, с базой второго транзистора триггера с непосредственными связями каждого разряда соединены соответствующие коллекторы многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока, эмиттер которого соединен с клеммой источника опорного тока, а базы обоих многоколлекторных транзисторов и эмиттеры транзисторов триггеров с непосредственными связями соединены с общей шиной.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения степени

600729

1 интеграции, быстродействия и снижения потребляемой мощности, коллекторные полупроводниковые области входного многоколлекторного транзистора конструктивно совмещены с соответствующими базовыми областями транзисторов триггеров с непосредственными связями, коллекторные области многоколлекторного транзистора в цепи опорного тока также совмещены с соответствующими базовыми областями вторых транзисторов триггеров с непосредственными связями, а эмиттерные области транзисторов триггеров с непосредственными связями конструктивно совмещены с базовыми областями обоих многоколлекторных транзисторов.

3. Преобразователь по пп, 1 и 2, о гл ич аю шийся тем, что, с целью обеспечения различных пороговых токов компараторов, соответствующие участки эмиттерной области мно5 гоколлекторного транзистора в цепи опорного тока выполнены с различными геометрическими размерами для разных компараторов преобразователя.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гитис 3. И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., 1970, рис. 1 — 6, 1 — 7.

15 2. Там же, стр. 52 — 53, рис. 1 — 8, 600729

+Or»

Fua g

Составитель Д. Голубович

Техред H. Рыбкина Корректоры: Л. Брахнина и О. Тюрина

Редактор Н. Ваничева

Подписное

Заказ 256/14

Типография, пр. Сапунова, 2

Изд. ¹ 322 Тираж 1087

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и огк ытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5